一种土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，首选测量重金属化合物的可见‑近红外反射光谱；将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来，观察重金属化合物的反射光谱特征；结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因；向土壤样品中添加不同浓度梯度的重金属化合物，研究不同种类不同浓度的重金属对土壤反射光谱的影响；对样本反射光谱进行不同光谱预处理；探究重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系及显著相关（p<0.05）波段出现的位置和潜在机理。本研究方法为土壤重金属的定性和定量反射光谱分析提供了理论依据和实验参考。

A visible and near infrared reflectance spectrum diagnostic method for heavy metals in soil

The present invention discloses a kind of soil heavy metals in the visible and near infrared reflectance spectra diagnosis method, the preferred measurement of heavy metal compounds visible near infrared reflectance spectroscopy; heavy metal reflection spectra and heavy metals distribution of electrons outside the nucleus type linked to the observed heavy metal complexes of spectral reflectance characteristics; combined with the crystal field theory analysis of band position and the reason of reflectance peaks of heavy metals appeared; adding heavy metal compounds of different concentration gradient to study the effects of heavy metals in soil samples, with different concentrations on soil reflectance spectra of samples; reflectance spectra of different spectral pretreatment; explore the linear relationship between the concentration of heavy metals and soil reflectance spectra and correlation (p< 0.05) position and potential mechanism of region. This method provides theoretical basis and experimental reference for qualitative and quantitative reflectance spectrum analysis of heavy metals in soil.

【技术实现步骤摘要】
一种土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法
本专利技术涉及土壤重金属的研究方法，具体涉及一种利用可见及近红外反射光谱技术对土壤重金属进行研究的方法。
技术介绍
土壤是人类赖以生存和发展的重要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着现代工农业的快速发展，大量污染物进入土壤环境，其中重金属是重要的污染物之一，且土壤中的重金属易于积累，蓄积到一定程度会通过食物链等途径对人体健康造成威胁。传统土壤重金属检测多采用化学分析法，虽然该方法精度高、检出限低，但分析周期长、成本高、费时费力。土壤的反射光谱包含有丰富的土壤信息，是土壤性状的综合反映(文献1)。随着可见-近红外反射光谱技术的出现和发展，应用此技术对土壤中的成分进行快速检测已成为科学研究关注的问题之一。目前研究发现，重金属含量与土壤中具有明显光谱特征的有机质、碳酸盐、铁氧化物、粘土矿物等组分有关，通过这些组分的光谱信息，可以间接反演土壤中重金属含量(文献2)。然而，土壤中重金属含量极低，其光谱特征有可能会被土壤主要组分的光谱特征所掩蔽，使用现有技术直接获取土壤重金属的光谱信息非常困难，一般是通过野外采集土壤样品后使用化学分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量重金属化合物的可见‑近红外反射光谱；步骤2：将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来，观察重金属的反射光谱特征；步骤3：结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因；步骤4：采集土壤样本，向土壤样品中添加不同浓度梯度的重金属化合物，研磨混合均匀后测量其可见‑近红外反射光谱数据；步骤5：对样本反射光谱进行不同光谱预处理；步骤6：作不同光谱预处理过的重金属土壤样品的皮尔逊相关系数曲线。

【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量重金属化合物的可见-近红外反射光谱；步骤2：将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来，观察重金属的反射光谱特征；步骤3：结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因；步骤4：采集土壤样本，向土壤样品中添加不同浓度梯度的重金属化合物，研磨混合均匀后测量其可见-近红外反射光谱数据；步骤5：对样本反射光谱进行不同光谱预处理；步骤6：作不同光谱预处理过的重金属土壤样品的皮尔逊相关系数曲线。2.根据权利要求1所述的土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于：步骤1中，测量重金属化合物的可见-近红外反射光谱，测定前先进行白板校正，测定时每个样本采集10条光谱曲线，去除350～399nm和2451～2500nm边缘波段，保留400～2400nm波段，进行算术平均后得到各土样的实际反射光谱数据。3.根据权利要求1所述的土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于：步骤2中，重金属元素的核外电子排布式，主要指重金属化合物中心离子的(n-1)d轨道上的电子填充状态；其中，n为能量量子数，d为轨道类型，d轨道最多能容纳10个电子。4.根据权利要求1所述的土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于：步骤3中，重金属的特征反射峰由重金属化合物中心离子的(n-1)d轨道上的电子填充状态决定，当(n-1)d轨道未被电子填满时，(n-1)d轨道上的电子获得光能后，在晶体场的作用下发生能级分裂，产生从低能d轨道向高能d轨道的电子跃迁，即d-d跃迁；重金属选择性地吸收可见光区这一波段的光，剩下的未被吸收的光线则反射回来，形成反射峰；当(n-1)d轨道被电子填满时，吸收光能后不会发生轨道能级分裂，亦不会发生d-d跃迁，在可见光区不会出现特征反射峰；其中，n为能量量子数，d为轨道类型，d轨道最多能容纳10个电子。5.根据权利要求1所述的土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于：步骤4中所述向土壤样品中添加不同浓度梯度的重金属化合物，其具体步骤如下：步骤4.1：采集土壤样本，进行一定处理，将该土壤样品按采样点的不同平均分成若干份，每一采样点的土样分为一大组，均用于重金属化合物的添加；步骤4.2：向土壤样本中分别添加8个浓度梯度的重金属化合物，研磨混合均匀，并设置空白对照组；步骤4.3：测量分别添加了重金属化合物的土壤样品的可见-近红外反射光谱。6.根据权利要求5所述的土壤重金属可见及近红外反射光谱特征诊断方法，其特征在于：步骤4.1中，采样时，在采样点处将杂物剔除后，在约10m2的范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕云，程航，万远，万其进，申锐莉，石铁柱，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42